Verfahren zur Herstellung von festem, praktisch wasserfreiem Ätznatron.
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues verbessertes Verfahren zur Herstellung von festem, praktisch wasserfreiem iltznatron, insbesondere auf die Eindampfung von verhältnismässig konzentrierten Atz- natronlosungen zur Erzeugung von festem iitznatron mit einem Wassergehalt unter 0, 5 Gew.-"/o.
Es ist bekannt, dass hochkonzentrierte Ätznatronlosungen so gekühlt werden können, dass wasserfreies Ätznatron auskristallisiert, loeh bietet das Zentrifugieren und Trocknen der so erhaltenen Kristalle Schwierigkeiten.
Im Schweizer Patent Nr. 275157 wird ein Verfahren zur Herstellung von festem, praktisch wasserfreiem Ätznatron, das zwischen 80 und 95"/e NaOH enthält, beschrieben und bean sprucht, zu dem man eine grosse Fläche der Losung bei Temperaturen zwischen 200 und 300 C unter adiabatischen oder nahezu adiabatischen Bedingungen einem Gas oder Dampf aussetzt, in welchem der Wasserdampfpartialdruck unter 600 mm Hg absolut gehalten wird.
Bei den bevorzugten Bedingungen dieses Verfah- ren, s geht die Selbstverdampfung adiabatisch und isothermiseh bis zu Ende, so dass die Ausgangslosung bei der gleichen Temperatur und ohne Wärmezufuhr in das System, in Dampf und wasserfreies festes Material umgewandelt wird. Eine Methode zur Durch Eiihrung dieses Verfahrens besteht darin, eine vox von oben nach unten in einem Turm zu zerstäuben, der von unten naeh oben von einem den Dampf wegführenden Luftstrom durehströmt wird, wobei sich granuliertes Ätznatron am Boden des Turmes ansammelt.
Bei einer andern Anwendungsart dieses Verfahrens wird die den heisszentri- -fugierten Ätznatronkristallen anhaftende Mutterlauge in einem Drehrohr mit langsamem Luftstrom der Selbstverdampfung unterworfen, ohne dem Trockner Wärme zuzuführen. Die vollständige Entfernung des Tasser. aus Ätznatron erfordert jedoch ziemlich lange Zeit, wenn das feste Produkt weniger als 0. 5% H2O enthalten soll.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist nun die Verbesserung der Selbstverdampfung bei der Ätznatronherstellung gemäss dem vor angehenden Absatz. Ein weiteres Ziel ist die Beschaffung einer neuen Methode zur Ent fernung der letzten Spuren Wasser, die in den aus konzentrierten Losungen erhaltenen Ätz natronteilchen vorhanden sind oder an den- selben anhaften.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wircl festes, praktisch wasserfreies Ätznatron nach einem Verfahren hergestellt, bei dem man feste itznatronteilehen hei Temperaturen zwischen 200 und 300 C in der Weise vom Wasser befreit, dass man die Teilchen einem von unten zugeführten Gasstrom von solcher Geschwindigkeit aussetzt dass die Teilchen im Schwebezustand gehalten werden.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform zur Her stelhmg von festem Atznatron mit einem Wassergehalt unter 0, 5 Gew.-"/o kann man eine wässrige, zwischen 80 und 950/o NaOH enthaltende Lösung bei Temperaturen von 00300O C in einen Gasstrom einsprühen, der gegen NaOH inert ist, wodurch Ätznatron- körner entstehen, die sich in Form einer Schicht ansammeln, deren Teilchen man vermittels eines nach oben gerichteten Gasstroms im Schwebezustand hält
Bei einer Ausführungsform, welche eine maximale Wärmerückgewinnung gestattet, wird zuerst ein trockener Luftstrom aufwärts im Gegenstrom zu den durch eine Reihe von Schichten herabfliessenden, in Schwebe gehaltenen NaOH-Körnern geschickt, die nach und nach wasserfrei werden,
und hernach aufwärts durch die herabfallende versprühte Losung, um den bei der Selbstverdampflung entstandenen Wasserdampf abzuführen.
Das Verfahren kann in einer verhältnismässig einfachen Anlage durchgeführt werden, in der die Korrosion minimal ist und wenig Kraft und Wärme verbraucht wird. Man kann versehiedene Apparatetypen verwenden, doch erzielt man ungewöhnlieh gute Ergebnisse, wenn man einen spitz zulaufenden Turm verwendet, wobei die Verengung so gewählt wird, dass die Aufwärtsbewegung des Gasstroms am Behälterboden genügend rasch ist, um die festen Teilchen im Schwebezustand zu erhal- ten, jedoch oben ungenügend, um eine merkliche Mitnahme des zersprühten Materials zu bewirken. Von wesentlieher Bedeutung ist die richtige Einstellung der Sprühverdampfung, so dass man ein Produkt von geeigneter Partikelgrösse für die Entwässerung im Schwebe- zustand erhält.
In der vorliegenden Zeichnung ist schema- tisch eine Ausführungsform eines Apparates zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt.
Im Vorratstank A befindet sich Atznatron- lösung, die durch den Zerstäuber C in den Turm B geblasen wird. Gleichzeitig wird bei D trockene Luft in den Turm geblasen. Im Raum B verdampfen die Tropfen der Ätz natronlösung isothermisch und adiabatiseb unter Bildung noch nasser Körnehen. Diese sammeln sich auf der perforierten Platte E, wo sie durch den aufsteigenden Luftstrom im Schwebezustand gehalten werden und allmäh- lich durch das Überlaufrohr F nach unten fliessen. Sie sammeln sich dann als heisse, praktisch wasserfreie Korner auf der perforierten Platte G, wo sie wiederum in Bewegung gehalten werden.
Hier werden die Korner fertig entwässert, wodurch die eintretende Luft sich aufwärmt. Die kühlen trockenen Korner fliessen durch das Über- laufrohr H aus dem Apparat aus. Die feuch- tigkeitsbeladene Luft verlässt den Apparat bei J. Die Gesamthöhe des Turmes wird zweck mässigerweise zwischen 10, 5 und 27 m gewählt, ewd die Entfernung zwischen den Platten G und E beträgt 1, 8-3 m, die obere Grenze der Schwebezone über der Platte E 3-9 m und die Entfernung zwischen dem obern Rand der Schwebezone und dem Zersprüher C 3-9 m.
Der Durchmesser des Turmes kann 1, 8-4, 5 m betragen. Die Höhen der Schwebezonen über den Platten E und G sollten genügend sein, um genügend Zeit für eine praktisch vollständige Dehydratisierung zu beschaffen. Je nach den Bedingungen ist hierfür eine Zeit von 5-30 Minuten angemessen.
Zweeks besserer Wärmerüekgewinnimg ist es oft erwünscht, mehr als zwei Sehwebezonen zu verwenden, so da. die eintretende Luft zunächst auf eine verhältnismässig kühle Zone von etwa 100 C trifft und dann durch drei oder mehr Zonen aufsteigt, in denen die Tem peratur progressiv auf 200 -280 C, vorzugsweise 250O280 C, zunimmt. Um diese Temperaturen so hoch wie zulässig halten zu können, sollte das Luftvolumen nicht zu gross ss sein, doch ist das Mindestvolumen abhängig von der Luftmenge, die erforderlich ist, um die Teilehen in Bewegung zu halten und die freigemaehten Wasserdämpfe abzuführen.
Es ist zweckmässig, die feuchtigkeitsbela- dene Luft nahe am obern Ende des Turmes durch einen Zyklon X abzuziehen, welch letzterer dazu dient, feine feste Teilchen oder Tropfchen, die mitgeführt wurden, abzuscheide. Dieses Material gelangt in den Vor ratstank, und die Luft geht durch einen Kühler L zur Entfernung der Feuchtigkeit und vorzugsweise durch einen Erhitzer, bevor sie dem Boden des Turmes wieder zugeführt wird.
Beispiel :
Die Apparatur bestand aus einem senkrechten Turm, der oben mit einer Sprühdüse zur Einführung der Flüssigkeit in Form feiner Tropfchen und mit einem Auslass für die feuchtigkeitsgeladene Luft und unten mit einer perforierten Platte versehen war.
Durch diese Platte wurde mit einer Geschwin digkeit von 200 m3/h ein 200 C warmer Luftstrom eingeblasen. Eine 280 C heisse Losung mit 92 /o NaOH wurde mit einer Geschwindig- keit von 250 Liter pro Stunde in den Turm gesprüht. Die Körnehen des Ätznatrons sammelten sich auf der perforierten Platte und wurden dort als loses Bett eine halbe Stunde weitergetrocknet. Durch eine Überflu#leitung gelangten sie dann in eine Sammelkammer. Die so erhaltenen Körnchen enthielten 0, 07 /o H2O.
Zur Bildung des Gasstroms, welcher dazu dient, die Ätznatronkörner in Schwebe zu halten und die im Gegenstrom zugeführte ver sprühte Ätznatronlosung zu verfestigen, kann man versehiedene Gase verwenden. Das bevorzugte Gas ist Luft, die von C02 befreit und getrocknet ist. Das verwendete Gas sollte mit dem Ätznatron nicht reagieren, das hei#t gegen dasselbe inert sein. Beispiele für andere verwendbare Gase sind Methan, Naturgas, seltene Gase usw. Vorzugsweise wird der Gasstrom im Kreislauf geführt und zwischendurch von Wasser befreit.
Die GlröBe der durch die Sprühvorriehtung oder andere Methoden gebildeten Tropfchen der Ätznatronlösung ist nicht kritisch, und man kann praktisch alle Arten von Sprühdüsen oder andern Mitteln zu diesem Zweck benutzen. Besonders gute Ergebnisse erhält man jedoch, wenn der Apparat so konstruiert ist, dass Tropfen entstehen, die Orner bilden, deren mittlere Teilchengrosse zwischen 0, 2 und 2 mm Durchmesser, vorzugs- weise zwischen 0, 5 und 1 mm beträgt.
Wichtig ist, dass man die Grösse der versprühten
Tropfen, die Lange des Falles durch den Turm und die Geschwindigkeit des nach oben gehenden Gasstroms so aufeinander abstimmt, dass die Tropfen zu oberflächlich getrockneten Körnern geworden sind, wenn sie in die Schwebezone der NaOH-Teilchen gelangen.
Auf diese Weise vermeidet man leicht die e Neigung des Ätznatrons zur Verfestigung, Anhaften an den Wänden, oder zur Klumpenbildung in der Schwebezone. Es ist bemerkens.. wert, dass eine solche Abstimmung möglich ist, und dass man auf diese Weise eine Losung auf eine Zone von Kornern im Schwebezustand ohne Bildung von klebrigen Klumpen oder Ansätzen versprüht. Eine bevorzugte Anord- nung der Versprühung besteht darin, die Flüssigkeit nach oben zu versprühen, so dass sie beträchtlich ansteigt und dann in Form von Körnern auf die in der Schwebezone vor handenen : Teilehen fällt.
Dadurch erreicht man eine bessere Kontrolle der Anfangstrocknung und der Teilchengrosse, ohne dass man die Anlage hocher maehen müsste.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes wird weitgehend von der genauen Form und Ausbildung des zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Apparats abhangen. Es ist jedoch klar, dass die Geschwin- digkeit des Gasstromes in der Zone, in welcher die festen NaOH-Korner sich ansammeln, so gross sein sollte, dass die Teilchen in dieser Zone schwebend gehalten werden, jedoch nicht so gross, dass Teilchen aus dieser Zone in die Zone gelangen, in der die Ätznatrontröpfchen vor ihrer Verfestigung mit dem Gasstrom in Berührung gelangen.
Verwendet man jedoch die bevorzugte Ausführungsform des Apparates, nämlich einen nach unten enger werdenden Turm, so ist die Möglichkeit der Mitfüh- rung von Teilchen stark vermindert, da die Strömungsgesehwindigkeit des Gases, die unten genügt, um die Teilchen in Bewegung zu halten, im obern Teil des Turmes auto matisch unter denjenigen Betrag abnimmt, bei dem die Teilchen oder tröpfchen mitgerissen würden. Wenn man den Prozess so führt, dass ss Teilchen von der oben angegebenen bevorzugten Grösse entstehen, werden gute Ergebnisse mit Strömungsgeschwindigkeiten von zwischen 0, 15 und 3 m pro Sekunde erzielt, vorzugsweise 0, 3 und 1, 8 m und besonders zwi schen 0, 6 und 1, 2 m/sec in der Zone, wo die festen Körner in der Schwebe gehalten werden.
Wenn man durch eine Schicht aus einzelnen Teilchen von unten nach oben einen Gasstrom hindurehführt, so nimmt der Druckabfall zuerst linear mit der Zunahme der Gasgeschwindigkeit zu. Es wird ein Punkt erS reicht, nach welchem der Druckabfall nicht mehr so rasch mit der Gasgeschwindigkeit ansteigt, das Volumen der Schicht nimmt um etwa 10 ouzo zu, und die Schicht nimmt gewisse Eigenschaften von Fliissigkeiten an, sie kann gerührt und ausgegossen werden. Bei weiterer Zunahme der Gasgeschwindigkeit vollführen die Teilchen eine Bewegung, wie man sie an der Oberfläche einer kochenden Fliissigkeit beobachten kann. An diesem Punkt ist der Druckabfall von der Geschwindigkeit praktisch unabhängig.
Beide beschriebenen Fälle kommen bei der Ausführung des erfindungs- gemässen Verfahrens in Betracht. Eine noch weitere Zunahme der Gasgeschwindigkeit weitet die Schicht noch mehr aus und führt dann zur Mitnahme der Teilchen im Gasstrom.